(57)【要約】【課題】パッドとバンプとのフリップチップ接合時の超音波振動の印加エネルギーを過剰に大きくすることなく、高熱による配線基板の変形によってもパッドとバンプとの接合が破断しにくい、半導体装置の製造方法、および半導体装置を提供する。【解決手段】配線基板２に設けられた各パッド４に凹部６を形成するステップと、各パッド４に半導体チップ８のバンプ１０を位置決めして当接させるステップと、半導体チップ８または配線基板２に超音波振動を印加することで、バンプ１０の少なくとも一部を凹部６内に進入させて、パッド４とバンプ１０とを固相拡散によりフリップチップ接合するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板に設けられた各パッドに凹部を形成するステップと、
各前記パッドに半導体チップのバンプを位置決めして当接させるステップと、
前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記バンプの少なくとも一部を前記凹部内に進入させて、前記パッドと前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合するステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体チップに、配線基板の各パッドに対応してそれぞれ複数のバンプを形成するステップと、
各前記パッドにそれぞれ前記複数のバンプが対応して当接するよう、半導体チップと配線基板とを相対的に位置決めするステップと、
前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記パッドと前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合するステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、
前記パッドに、前記バンプとの接合前に形成された凹部が設けられ、
前記バンプの少なくとも一部が、前記凹部内に進入した状態で、前記パッドとバンプとが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記凹部は、溝状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、
各パッドに対応してそれぞれ複数のバンプが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置を製造するにあたって半導体チップを基板（配線基板）にフリップチップ接合して搭載する際、半導体チップのバンプと配線基板のパッドとを当接させて、半導体チップに超音波振動を印加することで、当該バンプとパッドとを固相拡散により接合する方法が用いられている。
【０００３】
特許文献１には、超音波振動を用いた従来のフリップチップの接続方法が記載されている。
特許文献１記載のフリップチップの接続方法においては、マウントヘッドに吸着保持させたフリップチップ（半導体チップ）のバンプを、基板の被接続端子（パッド）に接触させて荷重を加え、マウントヘッドに内蔵された超音波振動子を超音波振動させることで、マウントヘッドを介してフリップチップを超音波振動させる（特許文献１  段落００１６−００１８，第１−２図）。
これにより、被接続部の酸化層などを容易に除去でき、信頼性の高い電気的接続行うことができるものとしている（特許文献１  段落００２２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２６６９号公報（段落００１６−００１８，００２２，第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超音波振動で接続端子をフリップチップ接合する従来の製造方法で製造された半導体装置には、以下のような課題がある。
例えば半導体装置をパッケージ等に搭載する際のはんだリフロー工程等で、半導体装置に高い熱が掛かった際、高熱による配線基板の変形により、前記パッドとバンプとの接合が破断してしまう場合があるという課題がある。また、パッドとバンプとの接合強度を高めることでこの破断を防ぐべく、パッドとバンプとの接合時の超音波振動の印加エネルギーを大きくすると、接合中に半導体チップとそのバンプとの間に亀裂等が生じて、半導体チップとバンプとの電気的接続性が悪化する場合が生じるという課題がある。
【０００６】
そこで、本願発明は、上記課題を解決すべく成され、その目的とするところは、パッドとバンプとのフリップチップ接合時の超音波振動の印加エネルギーを過剰に大きくすることなく、高熱による配線基板の変形によってもパッドとバンプとの接合が破断しにくい、半導体装置の製造方法、および半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、配線基板に設けられた各パッドに凹部を形成するステップと、各前記パッドに半導体チップのバンプを位置決めして当接させるステップと、前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記バンプの少なくとも一部を前記凹部内に進入させて、前記パッドと前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合するステップとを含むことを特徴とする。
これによれば、パッドとバンプとの接合時の超音波振動の印加エネルギーを大きくすることなく、パッドとバンプとの間の接合面積を広くすることができるとともに、凹部内に進入したバンプの一部がかしめられた状態となって、パッドとバンプとの接合強度を高くすることができ、したがって熱による配線基板の変形時にもその接合が破断しにくい。
【０００８】
また、半導体チップに、配線基板の各パッドに対応してそれぞれ複数のバンプを形成するステップと、各前記パッドにそれぞれ前記複数のバンプが対応して当接するよう、半導体チップと配線基板とを相対的に位置決めするステップと、前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記パッドと前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合するステップとを含むことを特徴とする。
これによれば、各パッドに対してそれぞれ一つのバンプを接合する場合（従来）に比較して、パッドとバンプとの間の接合面積を広くすることができるから、パッドとバンプとの接合強度を高くすることができ、したがって熱による配線基板の変形時にもその接合が破断しにくい。
【０００９】
また、本発明に係る半導体装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を備える。すなわち、配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、前記パッドに、前記バンプとの接合前に形成された凹部が設けられ、前記バンプの少なくとも一部が、前記凹部内に進入した状態で、前記パッドとバンプとが接合されていることを特徴とする。
また、前記凹部は、溝状に形成されていることを特徴とする。
これによれば、パッドとバンプとの間の接合面積が広く、なおかつ、凹部内に進入したバンプの一部がかしめられた状態となって、パッドとバンプとの接合強度が高く、したがって熱による配線基板の変形時にもその接合が破断しにくい。
【００１０】
また、配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、各パッドに対応してそれぞれ複数のバンプが接合されていることを特徴とする。
これによれば、パッドとバンプとの間の接合面積が広いから、パッドとバンプとの接合強度が高く、したがって熱による配線基板の変形時にもその接合が破断しにくい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、パッドとバンプとの接合時の超音波振動の印加エネルギーを過剰に大きくすることなく、高熱による配線基板の変形によってもパッドとバンプとの接合が破断しにくい。
また、本発明に係る半導体装置によれば、高熱による配線基板の変形によってもパッドとバンプとの接合が破断しにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る半導体装置およびその製造方法を実施するための最良の形態を、添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、実施例１に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の説明図である。なお、実施例１において、半導体装置の配線基板２および半導体チップ８には、それぞれ複数の銅パッド４および金バンプ１０が形成されているが、図１においてはそれらのうちの一つずつのみを図示し、残りのものは省略している。
【００１４】
実施例１に係る半導体装置の製造方法においては、図１（ａ）に示すように、配線基板２に設けられた各銅パッド４に溝状の凹部６を形成する。
この凹部６は、特に限定されないが、例えば金よりも硬質な金属製の突条体を銅パッド４に押し付ける方法等により形成することができる。
また、凹部６は、銅パッド４を貫通して、配線基板２の基材まで到達するよう形成してもよい。この場合、配線基板２上に銅パッド４を含む配線パターンを形成する際に、予め各銅パッド４の一部に、凹部として、一部が分離したパターンを形成してもよい。
【００１５】
続いて、半導体チップ８の金バンプ１０の形成面８ａの反対面（図示せず）を超音波ツールにより吸着保持し、図１（ｂ）に示すように、各銅パッド４に半導体チップ８の金バンプ１０を位置決めして当接させる。さらに、超音波ツールにより半導体チップ８を押圧して半導体チップ８の金バンプ１０を銅パッド４に圧接させるとともに、超音波ツールを超音波振動させて半導体チップ８に超音波振動を印加する。これにより、金バンプ１０の先端部は、凹部６内に進入するとともに銅パッド４と擦れ合い、金バンプ１０と銅パッド４とは固相拡散によりフリップチップ接合される（図１（ｃ）参照）。
【００１６】
本実施例１に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、図１（ｃ）に示すように、金バンプ１０と銅パッド４との接合面は、凹部６の両側面６ａ，６ｂおよび底面６ｃにわたるため、表面が平面状のパッドに接合した場合（従来）と比較して、接合面積が広く、接合強度が高い。また、凹部６内に進入した金バンプ１０の一部がかしめられた状態となって、より接合強度が高くなっている。したがって、熱による配線基板２の変形時にもその接合が破断しにくい。
【００１７】
なお、図１（ｄ）に示すように、銅パッド４の溝状の凹部６の中心線と、金バンプ１０の中心とがずれて接合された場合には、金バンプ１０は主に凹部６の一側面６ａに接合される。この場合、接合面積はあまり大きくないが、熱による配線基板２の変形は主に図２（ｄ）における水平方向に生じるところ、銅パッド４と金バンプ１０との接合面は水平面に対して傾斜していることから、全接合面積に対して横方向の接合面積は小さいために、接合強度をある程度維持しつつ、銅パッド４が配線基板２本体の変形に対して柔軟に追随しやすくなる。したがって、配線基板２本体の変形により生じる応力が、接合部に集中しなくなるため、接合の破断が生じにくい。
【００１８】
このように、本実施例１に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、図１（ｃ）のように凹部６の中心線と金バンプ１０の中心とがほぼ一致して接合した場合には接合強度が非常に強くなって破断しにくく、また、凹部６の中心線と金バンプ１０の中心とがずれて接合された場合であっても、銅パッド４が配線基板２本体の変形に対して柔軟に追随して、配線基板２本体の変形により生じる応力が接合部に集中しなくなり、接合の破断が生じにくい。
【実施例２】
【００１９】
図２は、実施例２に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の説明図である。なお、実施例２において、半導体装置の配線基板１２および半導体チップ１８には、それぞれ複数（多数）の銅パッド１４および金バンプ２０が形成されているが、図２においてはそれらのうちのそれぞれ一つの銅パッド１４および二つの金バンプ２０のみを図示し、残りのものは省略している。
【００２０】
実施例２に係る半導体装置の製造方法においては、図２（ａ）および図３に示すように、半導体チップ１８の各電極１９上に、それぞれ二つの金バンプ２０，２０を形成する。
これは、特に限定されないが、キャピラリにより保持した金ワイヤの先端部を、加熱した半導体チップ１８の電極１９に当接させて溶着し、先端部を残して金ワイヤを切断する、従来のスタッドバンプの形成方法を２度繰り返すことで行うことができる。または、金ワイヤを２本並列に保持できるキャピラリを用意し、その２本の金ワイヤの先端部を同時に電極１９に当接させて溶着し、先端部を残して金ワイヤを切断する方法を採用することもできる。
【００２１】
続いて、半導体チップ１８の金バンプ２０の形成面１８ａの反対面（図示せず）を超音波ツールにより吸着保持し、図２（ｂ）に示すように、各銅パッド１４に半導体チップ１８の二つの金バンプ２０，２０を位置決めして当接させる。さらに、超音波ツールにより半導体チップ１８を押圧して半導体チップ１８の金バンプ２０，２０を銅パッド１４に圧接させるとともに、超音波ツールを超音波振動させて半導体チップ１８に超音波振動を印加する。これにより、金バンプ２０，２０の先端部は銅パッド１４と擦れ合い、銅パッド１４とそれぞれ二つの金バンプ２０，２０とは固相拡散によりフリップチップ接合される（図２（ｃ）参照）。
【００２２】
本実施例２に係る半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置は、金バンプが各パッドに対して一つずつである従来の半導体装置と比較して、金バンプ２０，２０と銅パッド１４との接合面積がほぼ２倍となるから、その接合強度が高い。したがって、熱による配線基板１２の変形時にもその接合が破断しにくい。
【００２３】
（付記１）
配線基板に設けられた各パッドに凹部を形成するステップと、各前記パッドに半導体チップのバンプを位置決めして当接させるステップと、前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記バンプの少なくとも一部を前記凹部内に進入させて、前記パッドと前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合するステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２）
前記凹部を、溝状に形成することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
（付記３）
半導体チップに、配線基板の各パッドに対応してそれぞれ複数のバンプを形成するステップと、各前記パッドにそれぞれ前記複数のバンプが対応して当接するよう、半導体チップと配線基板とを相対的に位置決めするステップと、前記半導体チップまたは前記配線基板に超音波振動を印加することで、前記パッドと前記バンプとを固相拡散によりフリップチップ接合するステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記４）
配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、前記パッドに、前記バンプとの接合前に形成された凹部が設けられ、前記バンプの少なくとも一部が、前記凹部内に進入した状態で、前記パッドとバンプとが接合されていることを特徴とする半導体装置。
（付記５）
前記凹部は、溝状に形成されていることを特徴とする付記４記載の半導体装置。
（付記６）
配線基板のパッドと半導体装置のバンプとが、固相拡散によりフリップチップ接合されて成る半導体装置において、各パッドに対応してそれぞれ複数のバンプが接合されていることを特徴とする半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置、およびその製造方法を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例２に係る半導体装置、およびその製造方法を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体装置のパッドの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
２，１２  配線基板
４，１４  銅パッド（パッド）
６  凹部
８，１８  半導体チップ
１０，２０  金バンプ（バンプ）
【図１】
2007324386.tif 000003
【図２】
2007324386.tif 000004
【図３】
2007324386.tif 000005